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【考向解读】
1.能说明化学反应中能量转化的原因,能说出常见的能量转化形式。
2.了解化学能与热能的相互转化及了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3.了解热化学方程式的含义,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
能源问题已成为全球性的热点问题,这几年高考中该类试题的数目呈上升趋势,考查的内容不断拓展,难度有所提高,过去以考查热化学方程式的书写、燃烧热、中和热等概念及热量计算为主,近两年对化学键与能量的关系、盖斯定律进行了不同程度的考查。反应热是近几年高考的重点考查内容之一,考查的内容主要有:①热化学方程式的书写及正误判断;②比较反应热的大小;③有关反应热的简单计算;④化学键键能与反应热、反应热与能源的综合考查。由于能源问题已成为社会热点,从能源问题切入,从不同的角度设问,结合新能源的开发,把反应热与能源结合起来进行考查,将是今后命题的方向。
【命题热点突破一】反应热及反应热大小比较
1.反应热的本质
(1)从微观的角度说,是旧化学键断裂吸收的热量与新化学键生成放出的热量的差值,在图5-1中:
a表示断裂旧化学键吸收的热量;
b表示新化学键生成放出的热量;
c表示反应热。
(2)从宏观的角度说,是反应物自身的能量与生成物的能量差值,在图5-1中:
a表示活化能;
b表示活化分子结合成生成物所释放的能量;
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c表示反应热。
2.比较反应热大小的方法
(1)根据反应物和生成物的聚集状态比较
物质由固态变成液态,由液态变成气态,都必定吸收热量;而由液态变成固态,由气态变成液态,或由气态直接变成固态,则放出热量。因此在进行反应热计算或大小比较时,应特别注意各反应物或生成物的状态,存在同素异形体的要注明其同素异形体的名称。
(2)根据热化学方程式中化学计量数比较
热化学方程式中的化学计量数不表示分子个数,而是表示各反应物和生成物的物质的量,可以是分数。当化学计量数发生变化(如加倍或减半)时,反应热也要随之变化。互为可逆反应的热化学反应,其反应热数值相等,符号相反。
(3)根据反应物和生成物的性质比较
对互为同素异形体的单质来说,由不稳定状态单质转化为稳定状态的单质要放出能量,因为能量越低越稳定;对于同一主族的不同元素的单质来说,与同一物质反应时,生成物越稳定或反应越易进行,放出的热量越多;而有些物质,在溶于水时吸收热量或放出热量,在计算总反应热时,不要忽视这部分热量。
(4)根据反应进行的程度比较
对于分几步进行的反应来说,反应进行得越彻底,其热效应越大。如果是放热反应,放出的热量越多;如果是吸热反应,吸收的热量越多。如等量的碳燃烧生成一氧化碳放出的热量少于生成二氧化碳时放出的热量。对于可逆反应来说,反应进行的程度越大,反应物的转化率越高,吸收或放出的热量也越多。
例1、【2016年高考海南卷】由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.由反应的ΔH=E5−E2
B.由反应的ΔHΔH2
【答案】B
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【命题热点突破三】盖斯定律及反应热的有关计算
1.盖斯定律的图示
ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH4
2.热化学方程式的叠加法求热化学方程式中的焓变
首先观察已知的热化学方程式与目标热化学方程式的差异:①若目标热化学方程式中的某种反应物在某个已知热化学方程式中作生成物(或目标方程式中的某种生成物在某个已知热化学方程式中作反应物),可把该热化学方程式的反应物和生成物颠倒,相应的ΔH改变符号;②将每个已知热化学方程式两边同乘以某个合适的数,使已知热化学方程式中某种反应物或生成物的化学计量数与目标热化学方程式中的该反应物或生成物的化学计量数一致。热化学方程式中的ΔH也进行相应的换算;③将已知热化学方程式进行叠加,相应的热化学方程式中的ΔH也进行叠加。
例3. 【2016年高考新课标Ⅲ卷】(节选)
煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx,形成酸雨、污染大气,采用NaClO2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝,回答下列问题:
(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
①从化学平衡原理分析,Ca(ClO)2相比NaClO具有的有点是_______。
②已知下列反应:
SO2(g)+2OH− (aq) ===SO32− (aq)+H2O(l) ΔH1
ClO− (aq)+SO32− (aq) ===SO42− (aq)+Cl− (aq) ΔH2
CaSO4(s) ===Ca2+(aq)+SO42−(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+ Ca2+(aq)+ ClO− (aq) +2OH− (aq) === CaSO4(s) +H2O(l) +Cl− (aq)的ΔH=______。
【答案】
(4)①生成的硫酸钙微溶,降低硫酸根离子浓度,促使平衡向正反应方向进行②△H1+△H2-△H3
【解析】(4)如果采用NaClO、Ca(ClO)2替代NaClO2,也能得到较好的烟气脱硫效果。
形成CaSO4沉淀,反应平衡向产物方向移动,SO2转化率提高,所以Ca(ClO)2效果好。
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【点评】 应用盖斯定律进行简单计算时注意:(1)反应式进行加减运算时,ΔH也同样要进行加减运算,且要带“+”、“-”符号,即把ΔH看作一个整体进行运算。(2)通过盖斯定律计算比较反应热的大小时,同样要把ΔH看作一个整体。(3)在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化,状态由固→液→气变化时,会吸热,反之会放热。
【变式探究】科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇,并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知H2(g)、CO(g)和CH3OH(l)的燃烧热ΔH分别为-285.8 kJ·mol-1、-283.0 kJ·mol-1和-726.5 kJ·mol-1。请回答下列问题:
(1)用太阳能分解10 mol水消耗的能量是________kJ;
(2)甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为________________________;
(3)在容积为2 L的密闭容器中,由CO2和H2合成甲醇,在其他条件不变的情况下,考察温度对反应的影响,实验结果如图5-3所示(注:T1、T2均大于300 ℃);
下列说法正确的是________(填序号)
① 温度为T1时,从反应开始到平衡,生成甲醇的平均速率为v(CH3OH)= mol·L-1·min-1
②该反应在T1时的平衡常数比T2时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系从T1变到T2,达到平衡时增大
【答案】(1)2858
(2)CH3OH(l)+O2(g)===CO(g)+2H2O(l)
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ΔH=-443.5 kJ·mol-1
(3)③④
(4)1-
(5)CH3OH+H2O===CO2+6H++6e-
O2+6H++6e-===3H2O 96.6%
【高考真题解读】
1.【2016年高考海南卷】油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:C57H104O6(s)+80O2(g)=57CO2(g)+52H2O(l)已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ。油酸甘油酯的燃烧热△H为( )
A.3.8×104kJ·mol-1 B.-3.8×104kJ·mol-1
C.3.4×104kJ·mol-1 D.-3.4×104kJ·mol-1
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【答案】D
2.【2016年高考海南卷】由反应物X转化为Y和Z的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.由反应的ΔH=E5−E2
B.由反应的ΔH